DE19602920C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren und Richten von nach dem UOE-Verfahren hergestellten Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Richten von nach dem UOE-Verfahren hergestellten Rohren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 5.

Das in der Fachwelt mit UOE bezeichnete Verfahren ist das am häufigsten angewandte Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Großrohre (Stradtmann, Stahlrohr- Handbuch 10. Auflage, Vulkan-Verlag, Essen 1986, Seiten 164 bis 167).

Bei diesem Verfahren wird nach der Längskantenvorbereitung (Fasen der Schweißnaht, Anbiegen) aus einem ebenen Blech auf einer Biegepresse (U-Presse) ein U-förmiges Schlitzrohr geformt. Anschließend erfolgt auf einer weiteren Presse mit sich schließenden Gesenken (O-Presse) die Rundung zu einem Rohr. Da in vielen Fällen die Rohre nach dem Innen- und Außenschweißen noch nicht die Anforderungen an Durchmesser und Rundheit erfüllen, werden sie durch Kaltaufweiten (Expandieren) kalibriert.

Beim Expandieren von Rohren mit kleinem Durchmesser und dicker Wand tritt das Problem auf, daß die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen vom mechanischen Expander nicht mehr so weit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgeschriebenen Toleranz liegt. Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, den Expander mit einer Richtpresse zu kombinieren (Iron and Steel Research Lab. Sumitomo Metal Industrie Ltd. Volume 1(1988) - Seite 1569). Dabei werden in einigem Abstand (mehrere Rohrdurchmesser) vor und hinter dem Expanderkopf zwei zusätzliche Rahmen angeordnete in denen einerseits eine Klemmeinrichtung, andererseits ein weggesteuerter Biegeeinsatz eingebaut ist. Wenn die Schweißnaht wie bei den bekannten Expandern oben liegt, wo das oberste Segment des Spreizkopfes eine Längsnut für die Aufnahme der Schweißnaht hat, ist das geschweißte Rohr vor dem Expandieren stets so gekrümmt, daß der Krümmungsmittelpunkt oberhalb der Rohr- bzw. Expanderachse liegt. Mit Hilfe der stets vorhandenen Unterstützungsrolle für den Expanderkopf wird damit eine Drei- Punkt-Biegung realisiert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Rohr bereits mehrere Expanderschritte vollführt haben muß, bis es von der Biegeeinrichtung gefaßt werden kann. Dementsprechend erfaßt der Richtvorgang nie die Endenbereiche der Rohre.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Richten von nach dem UOE-Verfahren hergestellten Rohren anzugeben, mit denen auch für Rohre mit kleinem Durchmesser und dicker Wand über die gesamte Länge die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen soweit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgegebenen Toleranz liegt.

Diese Aufgabe wird jeweils mit den in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird erfindungsgemäß möglichst nahe vor dem Expanderkopf das zu kalibrierende Rohr geklemmt und das freie Rohrende elastisch verspannt. Anschließend wird das Rohr in bekannter Weise kalt aufgeweitet.

Diese Prozedur erfolgt schrittweise im Takt des jeweiligen Expanderschrittes bis zur Hälfte der Rohrlänge. Danach wird das Rohr gedreht und die zweite Rohrlänge in ähnlicher Weise behandelt oder auf einer zweiten Expanderanlage wird mit der zweiten Rohrhälfte spiegelbildlich ähnlich verfahren. Durch das elastische Verspannen in Form eines Absenkens entgegen der Krümmung des Rohres und einer Verdrehung um die Querachse wird im Klemmbereich eine Zusatzkraft und ein Zusatzmoment erzeugt. Im Zusammenwirken mit dem Kaltaufweiten mittels des mechanischen Expanders wird durch die Kraftüberlagerung der gewünschte Richteffekt im Bereich zwischen dem Kaltaufweiten und der Klemmung erreicht.

Die elastische Verspannung wird als Voreinstellung vorgegeben, wobei die Beträge dafür schrittweise abnehmen. Als Maß für die Voreinstellung wird der Grad der Rohrkrümmung verwendet, der nach dem Längsnahtschweißen ermittelt wird. Um diese Ermittlung zu vereinfachen, wird angenommen, daß die Krummheit innerhalb eines Fertigungsloses in etwa gleich ist. Dies bedeutet, daß bei gleicher Rohrabmessung (Durchmesser, Wanddicke), gleichem Werkstoff und gleichen Schweißparametern das erste Rohr des Fertigungsloses vermessen wird und diese Krummheit für alle Rohre des Fertigungsloses zugrundegelegt wird.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematisch die wesentlichen Schrittfolgen für das erfindungsgemäße Verfahren.

In Fig. 1 ist ein nach dem Längsnahtschweißen krumm gewordenes Rohr 1 dargestellt, wobei aus Gründen der besseren Erkennbarkeit die Krummheit stark übertrieben ist. Ebenso ist die Länge des Rohres 1 in Relation zum Durchmesser wesentlich zu kurz.

Am linken Bildrand ist in vereinfachter Weise von einem mechanischen Expander der Expanderkopf 2 dargestellt, der an einer Expanderstange 3 befestigt ist. Der schraffiert gezeichnete Bereich 4 des linken Rohrendes soll die Länge des Expanderschrittes symbolisieren. Der Expanderkopf 2 ist nach links versetzt gezeichnet, obwohl er sich im geschlossenen, d. h. ungespreizten Zustand im Innern des schraffierten Rohrbereiches 4 befindet. In einem nur geringen Abstand davon ist die Klemmeinrichtung angeordnet. In dieser Darstellung besteht die Klemmeinrichtung aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen 5, 6. Die Pfeile 7, 8 geben die Richtung der Klemmkraft an. Am rechten freien Rohrende 9 ist der hier nicht dargestellte Zangenwagen positioniert. Dessen Zangenapparat kann das Rohr 1 heben und senken, hier gekennzeichnet durch den geraden Doppelpfeil 10, sowie um die Querachse drehen, hier gekennzeichnet durch den Doppeldrehpfeil 11.

Fig. 2 zeigt die Phase des Vorspannens des Rohres 1. Dazu wird mittels des hier nicht dargestellten Zangenapparates das Rohr 1 entgegen der Krümmung abgesenkt, hier symbolisiert durch den abwärts zeigenden Pfeil 12 am Rohrende. Gleichzeitig wird auch das Rohrende um die Querachse verdreht. Die aufgebrachte Zusatzkraft sowie das Zusatzmoment wirken im Bereich der Klemmung und führen dort zu einer Verschiebung der Angriffsrichtung der Klemmkraft, hier symbolisiert durch die schiefen Pfeile 13, 14. Auch zu diesem Zeitpunkt ist der Expanderkopf 2 noch geschlossen.

Fig. 3 zeigt die Phase des Expandierens (Spreizens des Expanderkopfes 2) und gleichzeitigen Richtens. Dabei wird erwartet, daß die rotationssymmetrische Verteilung der Spreizkraft (hier nicht dargestellt) von einem zusätzlichen Kräftepaar überlagert wird, wobei der rechte Kraftpfeil 15 im schraffierten Bereich 4 größer wird als der linke Kraftpfeil 16. Der Richteffekt wird als kaum merklicher Knick am rechten Rand des schraffierten Bereiches 4 sich konzentrieren.

Danach erfolgt ein Lösen der Klemmeinrichtung 5, 6 und der Vorspannung und mittels des nicht dargestellten Zangenapparates wird das Rohr 1 um einen Expanderschritt weiter vorgeschoben. Anschließend wird die zuvor erläuterte Prozedur wiederholt, nur mit dem Unterschied, daß die Absenk- und Verdrehgröße für die Vorspannung mit jedem Schritt geringer werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kalibrieren und Richten von nach dem UOE-Verfahren hergestellten Rohren, wobei die nach dem Innen- und Außennahtschweißen eine Krümmung aufweisenden Rohre schrittweise durch Kaltaufweiten mittels eines Expanderkopfes kalibriert und in demselben Arbeitsgang gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Expanderschritt das Rohr in einem möglichst geringen Abstand vor dem Expanderkopf geklemmt und das freie, nach oben weisende Rohrende durch Absenken entgegen der Krümmung des Rohres und Verdrehung um eine Querachse positioniert und dadurch elastisch vorgespannt wird und anschließend in bekannter Weise das Rohr kalt aufgeweitet wird, wodurch sich die erforderliche Vorspannkraft verringert, und nach Lösen der Klemmung und der verbleibenden Vorspannung ein Verschieben des Rohres um eine Expanderkopflänge erfolgt, wobei nach Erreichen der halben Rohrlänge das Rohr gedreht und für die zweite Rohrhälfte der Vorgang wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des freien Rohrendes als Voreinstellung vorgegeben ist, wobei die Beträge für das Absenken und Verdrehen des Rohrendes von Schritt zu Schritt abnehmen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltaufweiten der Grad der Rohrkrümmung als Stich ausgemessen wird und dieses Maß als Vorgabe für die Voreinstellung der Positionierung des freien Rohrendes verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Werten für die Rohrabmessung (Durchmesser, Wanddicke), den Werkstoff und die Schweißparameter die Vorgabe für die Positionierung des freien Rohrendes von Rohr zu Rohr gleich gewählt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem spreizbaren Expanderkopf, der schrittweise verfahrbar und mit einer Expanderstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Expanderkopfes (2) eine Klemmeinrichtung für das zu kalibrie­ rende Rohr (1) angeordnet ist und im Bereich des freien Rohrendes (9) ein verfahrbarer Zangenwagen vorgesehen ist, dessen Zangenapparat zum Positionieren des freien Rohrendes (9) heb- und senkbar sowie drehbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zangenapparat für die Positionierung des Rohrendes (9) zwei mechanisch verstellbare Spindeln und für eine schrittabhängig gesteuerte Absenkung und Verdrehung des Rohrendes (9) zusätzlich zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Rollen (5, 6) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung zwei untere und eine obere Rolle aufweist.